CN102664013A - 基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法 - Google Patents
基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102664013A CN102664013A CN2012101138448A CN201210113844A CN102664013A CN 102664013 A CN102664013 A CN 102664013A CN 2012101138448 A CN2012101138448 A CN 2012101138448A CN 201210113844 A CN201210113844 A CN 201210113844A CN 102664013 A CN102664013 A CN 102664013A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- discrete cosine
- cosine transform
- watermark
- energy
- segmentation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Editing Of Facsimile Originals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法,属于信息安全技术领域。本发明方法包括将水印嵌入音频载体信号的步骤以及从嵌入水印后的音频信号中提取水印的步骤,在嵌入水印和提取水印的阶段均用到了对时域序列分段及基于时域分段能量选择的方法,利用离散余弦变换能量不变及能量压缩的特性,结合现有的将图像水印嵌入到低频离散余弦变换系数上的音频数字水印方法,自适应的寻找最佳的图像水印嵌入点。相比不经过能量选择的音频水印技术,本发明方法不仅具有较好的隐蔽性,而且具有对常见的信号处理攻击抵御能力强、鲁棒性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水印嵌入和提取的方法,特别涉及一种基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法,属于信息安全技术领域。
背景技术
数字水印是信息隐藏(Information Hiding)技术研究领域中的一个重要分支,它在多媒体信息的版权保护中起着重要的作用。
数字音频水印是通过将水印嵌入到音频信号中来显示音频信号的真实性和所有权的一种技术,它包括水印的嵌入和提取两个部分。
音频水印应该满足以下要求:(1)隐蔽性:在音频信号加入水印后,所加的数字水印不能影响原音频信号的质量;(2)鲁棒性:嵌入的水印数据不能被未经授权的使用者通过常用的信号处理操作和攻击来移除或消除;(3)安全性:安全性意味着水印只能由被授权的人检测到。(Pranab Kumar Dhar, Isao Echizen. Robust FFT Based Watermarking Scheme for Copyright Protection of Digital Audio Data. 2011 Seventh International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing,2011:181-184.)
近年来,已经有很多水印算法被提出用来产生强健和隐蔽的音频水印。一些方法在音频信号的时域内嵌入水印。另外的水印技术采用了变换的方法来嵌入水印,例如:离散傅立叶变换(DFT),离散余弦变换(DCT)或者离散小波变化(DWT)。(1、P Bassia, I Pitas, N Nikolaidis. Robust Audio Watermarking in the Time domain. IEEE Transaction on Multimedia,June.2011:vol.3,no.2,pp.232-241.2、L Xie, J Zhang, H He. Robust Audio Watermarking Scheme Based on Nonuniform Discrete Fourier Transform. in Proceedings of IEEE International Conference on Engineering of Intelligent System,2006:1-5.3、G Zeng, Z Qiu. Audio Watermarking in DCT: Embedding Strategy and Algorithm. in Proceedings of 9th International Conference on Signal Processing (ICSP'09),2008: 2193-2196.4、M Pooyan, A Delforouzi. Adaptive and Robust Audio watermarking in Wavelet Domain. in Proceedings of International Conference on International Information Hiding and Multimedia Signal Processing (IIH-MSP 2007),2007:vol. 2,pp.287-290.)而离散余弦变换水印算法因为其计算量较小的特性,使得学者对于该领域的研究较多。
离散余弦变换(DCT)的解析形式如下:
(2)
不管通过什么方法在DCT系数上实现水印的嵌入,其最终影响都可以认为是在DCT系数上叠加上一个噪声信号。所以嵌入水印后的第i个DCT系数可以表示为:
对应的嵌入水印后的时域序列可以表示为:
根据式(6)中k的不同取值,式(6)可以表示为:
发明内容
本发明的目的在于提供一种结合音频信号时域分段能量和音频信号能量集中于低频离散余弦变换系数的特点的音频数字水印方法,得到一种更加科学的水印方法,使得水印的嵌入点是根据音频信号分段能量的大小自适应的来确定。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法,步骤如下:
第一步,计算时域分段序列能量并排序,对采样过后的原始音频时域序列进行分段,对分段后的原始音频时域序列分别计算每段的能量,按分段能量的大小对各个分段进行排序,并建立能量索引来记录排序后分段在排序前的位置序号;
第二步,能量选择,按照降维后水印图片矩阵的大小,根据能量索引从整个时域分段的离散余弦变换系数数组中选择N个能量较大的分段对应的离散余弦变换系数作为水印图片嵌入参考点,N的大小由一维水印图片数组的大小决定;
第三步,水印图片的嵌入,根据一维水印图片的矩阵每行的数值,按照一定的嵌入的规则,修改经过离散余弦变换后相应低频离散余弦变换系数的数值,达到嵌入水印的目的;
第四步,水印图片的提取,对嵌入水印图片的音频信号和原始音频信号的时域序列分别进行分段并进行离散余弦变换,利用分段后的原始音频时域序列的能量索引,按分段能量的大小从两者的离散余弦变换系数数组中选择相应的低频系数进行判决,从而实现水印图片的提取。
本发明与现有技术相比,其显著优点:根据人类听觉***掩蔽特性,利用离散余弦变换能量不变的特性,通过时域序列能量选择自适应的在离散余弦变换域低频系数中寻找最佳的水印图片***点。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明方法水印嵌入流程图
图2是本发明方法水印提取流程图
图3是原始音频信号波形图
图4是嵌入水印图片后的音频信号波形图
图5是对本发明进行鲁棒性测试所得的结果。
具体实施方式
结合图1、图2,本发明基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法,步骤如下:
第一步,计算时域分段序列能量并排序,对采样过后的原始音频时域序列进行分段,对分段后的原始音频时域序列分别计算每段的能量,按分段能量的大小对各个分段进行排序,并建立能量索引来记录排序后分段在排序前的位置序号,具体过程如下:
(1)对原始音频信号进行分段,读入原始音频信号,L的大小由音频信号的时域长度和采样频率决定,是时域音频信号经过采样后每一位的数值,对A进行分段,每段包含L1个采样点,,音频信号被划分为L2段,,得到二维音频数组,是经过划分后二维音频数组中每一位的数值;
(3) 建立能量索引,对时域序列的分段按能量从大到小进行排序,建立能量索引index来记录排序后的各个分段在能量排序前的位置序号;
第二步,能量选择,按照降维后水印图片矩阵的大小,根据能量索引从整个时域分段的离散余弦变换系数数组中选择N个能量较大的分段对应的离散余弦变换系数作为水印图片嵌入参考点,具体过程如下:
(1) 读入二值水印图片,为二维水印图片数组中每一位的数值,M1为二维水印图片数组的行数,M2为二维水印图片数组的列数,为了方便进行水印嵌入,将二维图片数组降维至一维,得到,为从二维降至一维后水印图片数组中每一位的数值;
(3) 根据能量索引index从离散余弦变换系数数组中选择能量较大的N个低频离散余弦变换系数作为水印图片的嵌入参考点,;
第三步,水印图片的嵌入,根据一维水印图片的矩阵每行的数值,按照一定的嵌入的规则,修改经过离散余弦变换后相应的低频离散余弦变换变换系数的数值,达到嵌入水印的目的,具体过程如下:
第四步,水印图片的提取,对嵌入水印图片的音频信号和原始音频信号的时域序列分别进行分段并进行离散余弦变换,利用分段后的原始音频时域序列的能量索引,按分段能量的大小从两者的离散余弦变换系数数组中选择相应的低频系数进行判决,从而实现水印图片的提取,具体过程如下:
(1) 对嵌入水印图片后的音频信号进行分段,读入嵌入水印后的音频信号,为对嵌入水印图片后的时域音频信号进行采样后每一位的数值,对D进行分段,每段包含L1个采样点,,音频信号被划分为L2段,,得到二维音频数组,为对进行划分后二维音频数组中每一位的数值;
(3) 根据原始音频信号的能量索引index,分别从C和E中选择相对应的DCT低频系数进行大小判决,若E中离散余弦变换低频系数的数值>C中离散余弦变换低频系数的数值,则判定该位水印图片数值矩阵数值为1,若E中离散余弦变换低频系数的数值<C中离散余弦变换低频系数的数值,则判定该位水印图片数值矩阵数值为0;
(4) 将一维水印图片矩阵升为二维矩阵,实现嵌入水印图片的提取。
为了验证本发明方法的效果,分别进行以下实验:
(1) 隐藏性测试:检测本发明方法对于嵌入的水印图片的隐藏性。原始音频信号采用如图3所示的采样频率为22.05kHz,采样大小为16位,位速为352kbps,时长为5.0363s的wav音频文件,采样点数为111051个。当取0.1时,嵌入水印图像后的音频文件波形图如图4所示。
(2) 鲁棒性测试:检测本发明方法和未经过能量选择的传统方法在经受各种常见的信号处理攻击时嵌入水印的受损情况。所受攻击分别为白噪声攻击、滤波攻击和重量化攻击。如图5所示,A为原始水印,B1为未加任何攻击时本发明方法的水印提取效果,B2为未加任何攻击时传统方法的水印提取效果;C1为加性高斯白噪声攻击时本发明方法的水印提取效果,C2为加性高斯白噪声攻击时传统方法的水印提取效果;D1为低通巴特沃斯滤波器攻击时本发明方法的水印提取效果,D2为低通巴特沃斯滤波器攻击时传统方法的水印提取效果;E1为8bit重量化攻击时本发明方法的水印提取效果,E2为8bit重量化攻击时传统方法的水印提取效果。
Claims (5)
1.一种基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法,其特征在于包含以下步骤:
第一步,计算时域分段序列能量并排序,对采样过后的原始音频时域序列进行分段,对分段后的原始音频时域序列分别计算每段的能量,按分段能量的大小对各个分段进行排序,并建立能量索引来记录排序后分段在排序前的位置序号;
第二步,能量选择,按照降维后水印图片矩阵的大小,根据能量索引从整个时域分段的离散余弦变换系数数组中选择N个能量较大的分段对应的离散余弦变换系数作为水印图片嵌入参考点,N的大小由一维水印图片数组的大小决定;
第三步,水印图片的嵌入,根据一维水印图片的矩阵每行的数值,按照一定的嵌入的规则,修改经过离散余弦变换后相应的低频离散余弦变换系数的数值,达到嵌入水印的目的;
第四步,水印图片的提取,对嵌入水印图片的音频信号和原始音频信号的时域序列分别进行分段并进行离散余弦变换,利用分段后的原始音频时域序列的能量索引,按分段能量的大小从两者的离散余弦变换系数数组中选择相应的低频系数进行判决,从而实现水印图片的提取。
5.根据权利要求1所述的基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法,其特征在于水印图片的提取,具体过程如下:
第一步,对嵌入水印图片后的音频信号进行分段,读入嵌入水印后的音频信号,为对嵌入水印图片后的时域音频信号进行采样后每一位的数值,对D进行分段,每段包含L1个采样点,L1=16,音频信号被划分为L2段,L2=L/L1,得到二维音频数组,为对进行划分后二维音频数组中每一位的数值;
第三步,根据原始音频信号的能量索引index,分别从C和E中选择相对应的离散余弦变换低频系数进行大小判决,若E中离散余弦变换低频系数的数值>C中离散余弦变换低频系数的数值,则判定该位水印图片数值矩阵数值为1,若E中离散余弦变换低频系数的数值<C中离散余弦变换低频系数的数值,则判定该位水印图片数值矩阵数值为0;
第四步,将一维水印图片矩阵升为二维矩阵,实现嵌入水印图片的提取。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2012101138448A CN102664013A (zh) | 2012-04-18 | 2012-04-18 | 基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2012101138448A CN102664013A (zh) | 2012-04-18 | 2012-04-18 | 基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102664013A true CN102664013A (zh) | 2012-09-12 |
Family
ID=46773479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2012101138448A Pending CN102664013A (zh) | 2012-04-18 | 2012-04-18 | 基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102664013A (zh) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104810022A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-07-29 | 东北师范大学 | 一种基于音频断点的时域数字音频水印方法 |
CN105787444A (zh) * | 2016-02-24 | 2016-07-20 | 北方工业大学 | 基于v***的信号去噪方法 |
CN106409302A (zh) * | 2016-06-22 | 2017-02-15 | 华中师范大学 | 基于嵌入区域选择的音频水印方法及*** |
CN106898358A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-06-27 | 武汉大学 | 从时频分析角度出发的鲁棒数字音频水印算法 |
CN109829846A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 鲁东大学 | 一种基于二维离散余弦变换的数字图像盲水印方法 |
CN111292756A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-06-16 | 成都嗨翻屋科技有限公司 | 一种抗压缩音频无声水印嵌入和提取方法及*** |
CN111625786A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-09-04 | 清华四川能源互联网研究院 | 一种基于离散余弦变换的时序数据水印算法 |
CN112735426A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 深圳市声扬科技有限公司 | 语音验证方法及***、计算机设备和存储介质 |
CN114168908A (zh) * | 2020-09-11 | 2022-03-11 | 四川大学 | 基于音视频分析的版权保护技术 |
CN114420111A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-04-29 | 成都启英泰伦科技有限公司 | 一种基于一维假设的语音向量距离计算方法 |
CN118138852A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-06-04 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种音频数字水印嵌入方法和装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1529246A (zh) * | 2003-09-28 | 2004-09-15 | 王向阳 | 基于听觉特性与整型提升小波的数字音频水印嵌入与检测方法 |
WO2005002200A2 (en) * | 2003-06-13 | 2005-01-06 | Nielsen Media Research, Inc. | Methods and apparatus for embedding watermarks |
CN101345052A (zh) * | 2008-08-20 | 2009-01-14 | 回静 | 一种不可见数字水印的嵌入方法 |
CN101345054A (zh) * | 2008-08-25 | 2009-01-14 | 苏州大学 | 用于声频文件的数字水印制作及识别方法 |
CN102238388A (zh) * | 2011-06-29 | 2011-11-09 | 西安电子科技大学 | 基于avs标准的自适应鲁棒视频水印方法 |
-
2012
- 2012-04-18 CN CN2012101138448A patent/CN102664013A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005002200A2 (en) * | 2003-06-13 | 2005-01-06 | Nielsen Media Research, Inc. | Methods and apparatus for embedding watermarks |
CN1529246A (zh) * | 2003-09-28 | 2004-09-15 | 王向阳 | 基于听觉特性与整型提升小波的数字音频水印嵌入与检测方法 |
CN101345052A (zh) * | 2008-08-20 | 2009-01-14 | 回静 | 一种不可见数字水印的嵌入方法 |
CN101345054A (zh) * | 2008-08-25 | 2009-01-14 | 苏州大学 | 用于声频文件的数字水印制作及识别方法 |
CN102238388A (zh) * | 2011-06-29 | 2011-11-09 | 西安电子科技大学 | 基于avs标准的自适应鲁棒视频水印方法 |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104810022B (zh) * | 2015-05-11 | 2018-06-15 | 东北师范大学 | 一种基于音频断点的时域数字音频水印方法 |
CN104810022A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-07-29 | 东北师范大学 | 一种基于音频断点的时域数字音频水印方法 |
CN105787444A (zh) * | 2016-02-24 | 2016-07-20 | 北方工业大学 | 基于v***的信号去噪方法 |
CN106409302A (zh) * | 2016-06-22 | 2017-02-15 | 华中师范大学 | 基于嵌入区域选择的音频水印方法及*** |
CN106409302B (zh) * | 2016-06-22 | 2019-07-09 | 华中师范大学 | 基于嵌入区域选择的音频水印方法及*** |
CN106898358A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-06-27 | 武汉大学 | 从时频分析角度出发的鲁棒数字音频水印算法 |
CN106898358B (zh) * | 2017-03-07 | 2020-01-24 | 武汉大学 | 从时频分析角度出发的鲁棒数字音频水印算法 |
CN109829846B (zh) * | 2019-01-29 | 2023-07-07 | 鲁东大学 | 一种基于二维离散余弦变换的数字图像盲水印方法 |
CN109829846A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 鲁东大学 | 一种基于二维离散余弦变换的数字图像盲水印方法 |
CN111292756A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-06-16 | 成都嗨翻屋科技有限公司 | 一种抗压缩音频无声水印嵌入和提取方法及*** |
CN111292756B (zh) * | 2020-01-19 | 2023-05-26 | 成都潜在人工智能科技有限公司 | 一种抗压缩音频无声水印嵌入和提取方法及*** |
CN111625786A (zh) * | 2020-05-07 | 2020-09-04 | 清华四川能源互联网研究院 | 一种基于离散余弦变换的时序数据水印算法 |
CN114168908A (zh) * | 2020-09-11 | 2022-03-11 | 四川大学 | 基于音视频分析的版权保护技术 |
CN112735426A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 深圳市声扬科技有限公司 | 语音验证方法及***、计算机设备和存储介质 |
CN114420111A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-04-29 | 成都启英泰伦科技有限公司 | 一种基于一维假设的语音向量距离计算方法 |
CN114420111B (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-17 | 成都启英泰伦科技有限公司 | 一种基于一维假设的语音向量距离计算方法 |
CN118138852A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-06-04 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种音频数字水印嵌入方法和装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102664013A (zh) | 基于能量选择的离散余弦变换域的音频数字水印方法 | |
Dhar et al. | A new audio watermarking system using discrete fourier transform for copyright protection | |
CN102917227A (zh) | 基于压缩感知的自适应视频信息隐藏方法 | |
Dhar et al. | Digital watermarking scheme based on fast Fourier transformation for audio copyright protection | |
Pun | A novel DFT-based digital watermarking system for images | |
CN111028850B (zh) | 一种音频水印的嵌入方法和提取方法 | |
CN102930498B (zh) | 一种基于提升小波的数字水印嵌入及提取方法 | |
CN106780281A (zh) | 基于柯西统计建模的数字图像水印方法 | |
CN104978706B (zh) | 基于傅里叶描述子的水印嵌入与提取方法、装置及*** | |
CN103886864A (zh) | 一种对dwt域失真补偿量化嵌入的隐秘信息检测方法 | |
CN103079066A (zh) | 脊波变换与dct变换相结合的图像水印嵌入和提取方法 | |
Li et al. | Robust audio watermarking scheme via QIM of correlation coefficients using LWT and QR decomposition | |
CN102496371B (zh) | 一种针对音频载体的数字水印方法 | |
CN107910010B (zh) | 基于多参数Weibull统计建模的数字水印检测方法 | |
Bhat K et al. | Audio watermarking based on quantization in wavelet domain | |
Wu et al. | Adaptive audio watermarking based on SNR in localized regions | |
Mothi et al. | A wavelet packet and fuzzy based digital image watermarking | |
CN103871015B (zh) | 一种针对计算机图形图像的水印方法 | |
CN108877819B (zh) | 一种基于系数自相关度的语音内容取证方法 | |
Nafornita et al. | A wavelet-based digital watermarking using subband adaptive thresholding for still images | |
Lei et al. | A particle swarm optimization based audio watermarking scheme | |
Ma et al. | A robust watermarking scheme based on dual quantization of wavelet significant difference | |
CN109712059B (zh) | 基于多尺度联合统计建模的数字水印检测方法 | |
CN110047495A (zh) | 基于2级奇异值分解的大容量音频水印算法 | |
CN113012019B (zh) | 一种图像水印方法、***和电子设备 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120912 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |